Emissionsfreies Heizen und Kühlen mit Wärmepumpenquartieren


4. März 2020

Emissionsfreies Heizen und Kühlen mit Wärmepumpenquartieren

Praxis, Wärmeplanung

Für die Versorgung mit Wärme und Kälte wird in Deutschland die meiste Energie benötigt, deutlich mehr als für Strom oder Mobilität. Um Klimaschutz wirklich voranzubringen, braucht es also gerade hier neue Technologien und den verstärkten Einsatz Erneuerbarer Energien.

Der großflächige Einsatz von Wärmepumpen ist hierfür eine zentrale Stellschraube, wie etwa eine Studie der Agora Energiewende verdeutlicht. Besonders vorteilhaft wird’s, wenn gleich mehrere dieser mit Erd- oder Umweltwärme gespeisten Heizanlagen in sogenannten Wärmepumpenquartieren aufeinandertreffen: Ein kaltes Nahwärmenetz verbindet dabei alle einzelnen Wärmepumpen, was die Temperierung der zusammengeschlossenen Gebäude besonders effizient macht. Auch die Integration weiterer nachhaltiger Wärmequellen wie etwa von Abwasserwärme ist mit solchen Konzepten möglich. Vor Ort wird damit ein komplett emissionsfreier Betrieb der Wärmeversorgung ermöglicht. Und durch den Betrieb mit Ökostrom, idealerweise direkt lokal durch Photovoltaik erzeugt, ist das gesamte System vollkommen klimaneutral.

Wärmepumpen sind keine neue Technologie, sondern inzwischen sogar eines der am weitesten verbreiteten Heizsysteme in Neubauten. Und dieser großflächige Einsatz ist dringend nötig, da andere nachhaltige Lösungen wie Bioenergie nur begrenzt verfügbar sind und die Wärmeversorgung daher nur zu einem Teil nachhaltig gestalten können. Ganze Wärmepumpenquartiere, die von Anfang an integriert und per kaltem Nahwärmenetz miteinander verbunden werden, gibt es allerdings noch selten. Dabei ermöglichen sie eine besonders nachhaltige Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden.

Skizze kaltes Nahwärmenetz (Naturstrom AG)

Kalte Nahwärmenetze verdanken ihren Namen der sehr geringen Betriebstemperatur. Die Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert im Netz in der Regel mit nur acht bis zehn Grad Celsius, wodurch eine Rohrdämmung nicht notwendig ist. Das macht diese Infrastruktur sehr kostengünstig und effizient. Ein solches Netz liefert eine konstante geringe, aber vollkommen ausreichende Vorlauftemperatur. Wärmepumpen in den Gebäuden heben sie auf ein höheres Niveau für angenehme Raum- und Warmwassertemperaturen an. Für eine rundum ökologische Klimatisierung werden die Wärmepumpen mit Ökostrom betrieben, den Photovoltaik-Anlagen auf den Dächern sogar direkt vor Ort erzeugen können. So entsteht ein effizientes, klimaneutrales und sogar komplett emissionsfreies Strom-Wärmesystem, das die Gebäude zudem im Sommer kühlen kann.

Dieser innovative Ansatz, den NATURSTROM in mehreren Projekten umsetzt, bietet eine ganze Reihe von Vorteilen: So reicht dank der miteinander verbundenen Gebäude eine zentrale Wärmequelle – etwa eine Abwärmenutzung (wie z. B. ein Abwasserkanal oder überschüssige Wärme aus Unternehmensprozessen) oder Geothermie – für die Speisung des Netzes aus. Für Geothermie werden beispielsweise wenige Meter unter der Erdoberfläche Erdwärme-Kollektoren verlegt, das entsprechende Grundstück kann danach für andere Zwecke weitergenutzt werden. Die niedrige Temperatur ermöglicht es, besonders viele regenerative Wärmequellen einzubinden,. Mit kleinen dezentralen Wärmespeichern kann das System zudem besonders flexibel betrieben werden.

Dank dem Quartiersansatz sowie dezentralen Wärmespeichern sind kalte Nahwärmenetze erheblich besser steuerbar als Einzellösungen. Energie lässt sich so zwischenspeichern, teilweise sogar saisonal, also über mehrere Monate. Die Flexibilität dieses integrierten Ansatzes bietet nicht nur für die Wärmeversorgung Vorteile, sondern auch für die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien: So können die Wärmepumpen etwa genau dann laufen, wenn vor Ort oder auch überregional viel Ökostrom verfügbar ist. Auf diese Weise kann ein Wärmepumpenquartier nicht nur die Klimabilanz verbessern, sondern auch Stromnetze entlasten und damit die Integration Erneuerbarer Energien ins Stromsystem voranbringen.

Wie das in der Praxis aussieht, zeigt NATURSTROM etwa bei einem aktuellen Neubauprojekt im baden-württembergischen Reichenbach an der Fils. Hier heizt ein kaltes Nahwärmenetz 41 Häusern in einem Wärmepumpenquartier klimafreundlich ein – oder kühlt sie bei Bedarf nachhaltig ab. Als Wärmequelle dient ein Erdwärme-Kollektor, der sich in 1,5 Metern Tiefe auf einer 0,4 Hektar großen Ackerfläche befindet. Das Areal ist nach der Einbringung des Kollektors wieder uneingeschränkt landwirtschaftlich nutzbar. Auf den Dächern der neu errichteten Gebäude befinden sich zudem Photovoltaik-Anlagen, die gemeinsam mit Batteriespeichern und dem Wärmepumpensystem eine dezentrale, klimaneutrale und flexible Energieversorgung vor Ort sicherstellen.

Ein ähnliches Konzept, aber in deutlich größerem Maßstab realisiert NATURSTROM gerade im Berliner Stadtviertel Neulichterfelde. Hier hat der Öko-Energieversorger als Innovationspartner ein ganzheitliches Energiekonzept entwickelt, das eine klimaneutrale Wärme- und Stromversorgung für das neue Großquartier vorsieht – u. a. mit einem kalten Nahwärmenetz. Insgesamt 2.500 Wohneinheiten entstehen dort in den kommenden Jahren, für die NATURSTROM als ökologisches Mikrostadtwerk fungieren wird. Teil des Areals sind 421 Reihenhäuser in vier Gebieten, die als miteinander verbundenes großes Wärmepumpenquartier beheizt und gekühlt werden. Als Wärmequellen werden ein Erdwärme-Kollektor, in diesem Fall eingebracht unter einem Sportplatz, sowie ein Abwasserkanal dienen, beides auf entgegengesetzten Seiten des Quartiers. Genau wie in Reichenbach an der Fils werden auch hier Photovoltaik-Anlagen direkt auf den Dächern der Reihenhäuser einen Teil des Stroms für die Wärmepumpen produzieren. Eine intelligente Vernetzung der gesamten Anlage soll einen auf die Solareinspeisung abgestimmten Betrieb der Wärmeerzeugung ermöglichen.

Kalte Nahwärmenetze und Wärmepumpenquartiere ermöglichen also eine innovative wie auch besonders ressourcen- und klimaschonende Wärme- und Kälteversorgung, und das in Nord- wie in Süddeutschland, in Städten wie auch in ländlichen Regionen. Sie können erheblich dazu beitragen, den bisherigen Energieverbrauch und Treibhausgasausstoß unserer Wärmeversorgung zu verringern – und das bei hohem Komfort für die Nutzerinnen und Nutzer. Gerade beim Neubau von Quartieren sollte diese Option künftig immer in Betracht gezogen werden – NATURSTROM steht hier gerne als Realisierungspartner mit Rat und Tat zur Seite.

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